[发明专利]一种燃料现场混合压燃内燃机及控制方法

权利要求书

1.一种燃料现场混合压燃内燃机，包括有内燃机电子控制单元(1)、曲轴转角传感器(4)、汽缸体(5)、冷却水温度传感器(7)、活塞(9)、爆震传感器(10)、排气管(12)、排气门(14)、点火线圈和点火模块(17)、电荷放大器(18)、进气门(19)、凸轮轴位置传感器(20)、进气凸轮(21)、进气温度传感器(26)、进气管(27)、进气压力传感器(28)；其特征在于：还包括有负荷传感器(2)、火花塞式缸压传感器(16)、线性氧传感器(11)、高辛烷值燃料喷嘴(22)和依次与高辛烷值燃料喷嘴(22)相连接的高辛烷值燃料稳压器(23)、高辛烷值燃料调压器(25)和高辛烷值燃料箱(24)、高十六烷值燃料喷嘴(32)和依次与高十六烷值燃料喷嘴(32)相连接的高十六烷值燃料稳压器(31)、高十六烷值燃料调压器(29)和高十六烷值燃料箱(30)；其中，负荷传感器(2)、火花塞式缸压传感器(16)、线性氧传感器(11)、高辛烷值燃料喷嘴(22)和高十六烷值燃料喷嘴(32)均与电子控制单元(1)相连；线性氧传感器(11)的氧传感器电压信号(43)配合进气温度信号和进气压力信号确定燃料完全燃烧的空气质量；电子控制单元(1)接收经电荷放大器(18)转换并放大的火花塞式缸压传感器(16)的缸压信号(40)和爆震传感器(10)的振动加速度信号(44)判断发动机的燃烧状态；电子控制单元(1)接收负荷传感器(2)的电压信号(42)判定发动机的负荷状态，0～1V为起动和怠速状态，1～5V为部分负荷和全负荷状态；电子控制单元(1)发出高十六烷值燃料喷射信号(35)驱动高十六烷值燃料喷嘴(32)；电子控制单元(1)发出高辛烷值燃料喷射信号(38)驱动高辛烷值燃料喷嘴(22)；电子控制单元(1)向点火线圈和点火模块(17)发出点火信号(41)用于控制内燃机超低温、低温起动着火性能的辅助点火时刻和点火能量。

2.根据权利要求1所述的一种燃料现场混合压燃内燃机，其特征在于：本燃料现场混合压燃内燃机为无节气门且压缩比范围在11～20之间。

3.权利要求1所述的一种燃料现场混合压燃内燃机的控制方法，其特征在于：

本方法中的失火、爆震采用下述两种方法中的任何一种进行判定：

1)通过线性氧传感器信号判定失火：如果氧传感器的输出电压值小于该工况的标准值的80％，表明失火；通过爆震传感器信号判定爆震，如果爆震传感器的输出加速度峰值大于该工况的标准值的120％，则表明爆震，

2)采用火花塞式缸压传感器16测量各个工况的燃烧缸压，通过电控单元内的燃烧分析算法，计算燃烧循环变动系数COV，当COV＞0.1或实测缸压峰值小于该工况正常值的40％时，则判定失火，计算单位曲轴转角(CA)的气缸压力变化-压力升高率dP/dφ，当压力升高率的峰值(dP/dφ)max＞5bar/CA时，则判定爆震；

对不同工况的控制方法如下：

1)起动工况：发动机起动时，电控单元(1)接收负荷传感器(2)的电压信号(44)和冷却水温度传感器(7)的温度信号(34)，作为冷起动的控制信号；此时电位计式负荷传感器(2)的电压值V_L在0～1V之间，冷却水温度传感器(7)的温度值t_w做为起动工况识别的唯一控制信号；起动工况燃料混合比α＝0.1～1，过量空气系数φ＝1～2，助燃点火提前角β＝-20～-5°，点火能量E＝0.1-0.3mJ；随着冷却水温度的不断提高，燃料混合比α和过量空气系数φ根据工况动态变化，直至进入怠速稳定状态；起动工况又分为如下五种情况：

I)-40℃＜t_w＜-10℃时，电控单元(1)根据t_w确定发动机为超低温起动工况；确定燃料混合比α＝0.6～1，过量空气系数φ＝1～1.3，助燃点火提前角β＝-20～-10°，点火能量E＝0.2～0.3mJ；根据起动工况的高十六烷值燃料和高辛烷值燃料脉谱图以及α＝0.6～1，φ＝1～1.3确定高十六烷值燃料循环喷射量Q_D和高辛烷值燃料循环喷射量Q_L；

所述的超低温起动工况的高十六烷值燃料脉谱图和高辛烷值燃料脉谱图，通过起动台架试验并借助缸压传感器信号(40)确定，确保发动机不失火、不爆震；

所述的燃料混合比α＝(每循环喷入的高十六烷值燃料质量Q_D)/(每循环喷入的高十六烷值燃料质量Q_D+每循环喷入的高辛烷值燃料质量Q_L)；

II)-10℃＝＜t_w＜＝0℃时，电控单元(1)根据t_w确定发动机为低温起动工况；确定燃料混合比α＝0.3～0.5，过量空气系数φ＝1.1～1.4；助燃点火提前角β＝-20～-10°；点火能量E＝0.2～0.3mJ；根据起动工况的高十六烷值燃料和高辛烷值燃料脉谱图以及α＝0.3～0.5，φ＝1.1～1.4确定Q_D和Q_L；

III)0℃＜t_w＜＝20℃时，电控单元(1)根据t_w确定发动机为冷起动工况；确定燃料混合比α＝0.2～0.4，过量空气系数φ＝1.2～1.5，助燃点火提前角β＝-10～-5°，点火能量E＝0.1～0.2mJ；根据起动工况高十六烷值燃料和高辛烷值燃料脉谱图以及α＝0.2～0.4，φ＝1.2～1.5确定Q_D和Q_L；

IV)20℃＜t_w＜＝40℃时，电控单元(1)根据t_w确定发动机为常温起动工况；确定燃料混合比α＝0.1～0.3，过量空气系数φ＝1.5～1.8，无须点火助燃；根据起动工况高十六烷值燃料和高辛烷值燃料脉谱图以及α＝0.1～0.35，φ＝1.5～1.8确定Q_D和Q_L；

V)0℃＜t_w＜＝80℃时，电控单元(1)根据t_w确定发动机为暖机工况；确定燃料混合比α＝0.1～0.3，过量空气系数φ＝1.6～2，无须点火助燃；根据起动工况高十六烷值燃料和高辛烷值燃料脉谱图以及α＝0.1～0.3，φ＝1.6～2确定Q_D和Q_L；

所述的低温起动、冷起动、常温起动和暖机工况的高十六烷值燃料脉谱图和高辛烷值燃料脉谱图，通过起动台架试验并借助缸压传感器信号(40)确定，确保发动机不失火、不爆震；低温起动、冷起动、常温起动和暖机采用相同的高十六烷值燃料脉谱图和高辛烷值燃料脉谱图，只是燃料混合比和过量空气系数选择区间不同；

2)怠速工况：怠速时，电控单元(1)接收负荷传感器(2)的电压信号(44)、冷却水温度传感器(7)的温度信号(34)和曲轴转角传感器(4)的曲轴转角信号(33)作为怠速控制信号；此时电位计式负荷传感器(2)的电压值VL在0～1V之间，冷却水温度传感器(7)的温度值t_w＞80℃，控制目标怠速800～1200rpm；怠速工况时的燃料混合比α＝0.1～0.3，过量空气系数φ＝1.9-2.5；根据怠速高十六烷值燃料脉谱图和高辛烷值燃料脉谱图以及α＝0.1～0.3、φ＝1.9-2.5确定Q_D和Q_L；

3)部分负荷和全负荷工况：电控单元(1)接收负荷传感器(2)的电压信号(44)、冷却水温度传感器(7)的温度信号(34)和曲轴转角传感器(4)的曲轴转角信号(33)、进气压力传感器(28)的进气压力信号(36)、进气温度传感器(26)的进气温度信号(37)、凸轮轴位置传感器(20)的凸轮轴位置信号(39)、经电荷放大器(18)转换并放大的火花塞式缸压传感器(16)的缸压信号(40)、线性氧传感器(11)的氧传感器电压信号(43)、爆震传感器(10)的振动加速度信号(44)作为部分负荷和全负荷工况的控制输入信号；电控单元(1)根据部分负荷和全负荷工况的燃料喷射脉谱图控制高十六烷值燃料喷嘴(32)和高辛烷值燃料喷嘴(22)的喷油时刻和脉宽，此时电位计式负荷传感器(2)的电压值V_L在1～5V之间，冷却水温度传感器(7)的温度值t_w＞-10℃，发动机转速范围1000-4000rpm，燃料混合比α＝0～0.3，过量空气系数φ＝1.2～3.5；

步骤2)和步骤3)所述的高十六烷值燃料脉谱图和高辛烷值燃料脉谱图，通过怠速、部分负荷和全负荷台架试验并借助缸压传感器信号(40)确定，确保发动机不失火、不爆震；怠速、部分负荷和全负荷采用相同的高十六烷值燃料脉谱图和高辛烷值燃料脉谱图，只是燃料混合比和过量空气系数选择区间不同。